信號完整性分析基礎(chǔ)系列之四--串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)抖動基礎(chǔ)
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D觸發(fā)器觸發(fā)直流電平示例（時鐘上升沿觸發(fā)）：
圖5 D觸發(fā)器接收無翻轉(zhuǎn)電平信號
可見，當輸入觸發(fā)器的電平?jīng)]有翻轉(zhuǎn)時，觸發(fā)器能穩(wěn)定的恢復(fù)出輸入信號。
D觸發(fā)器觸發(fā)脈沖信號示例（時鐘上升沿觸發(fā)）：
圖6 D觸發(fā)器接收翻轉(zhuǎn)的電平信號（如果時鐘和數(shù)據(jù)之間的相對抖動偏差太大，將會導(dǎo)致圖示D觸發(fā)器輸出信號的邏輯翻轉(zhuǎn)錯誤或者不穩(wěn)定）
當數(shù)據(jù)信號的電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)后，時鐘邊沿與數(shù)據(jù)邊沿需要一定的建立時間來鎖存數(shù)據(jù)；同時，數(shù)據(jù)信號的電平需要一定的保持時間讓時鐘能穩(wěn)定的鎖存數(shù)據(jù)。為了讓建立時間和保持時間最大化，時鐘最好能出現(xiàn)在數(shù)據(jù)比特位的中央。但是由于數(shù)據(jù)或者時鐘存在抖動，抖動較大時，無法滿足建立時間和保持時間的要求，D觸發(fā)器可能輸出錯誤的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生誤碼。特別是在高速數(shù)字電路中，速率的增加導(dǎo)致建立時間和保持時間的余量越來越小，由于抖動產(chǎn)生誤碼的概率越來越高，所以，時鐘和數(shù)據(jù)的抖動測試非常重要。
二、抖動的基本概念
抖動的定義為信號在電平轉(zhuǎn)換時，其邊沿與理想時間位置的偏移量。抖動比較大時可能出現(xiàn)：并行總線的建立保持時間余量不夠、時鐘穩(wěn)定度差、串行信號接收端誤碼率高等現(xiàn)象。
圖7理想數(shù)字信號和實際數(shù)字信號的差別
研究串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)的抖動主要是研究時鐘與串行數(shù)據(jù)的相對抖動，而不是單純的指時鐘抖動或者數(shù)據(jù)抖動。也就是說即使時鐘有很大的抖動，但是只要數(shù)據(jù)也存在同樣大的抖動，則兩者之間的相對抖動仍舊很小，時鐘和數(shù)據(jù)之間的建立時間和保持時間也仍舊能夠得到保證。如下圖所示：
圖8串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中研究數(shù)據(jù)和時鐘之間的相對抖動才是最重要的，目標是使得數(shù)據(jù)信號和時鐘信號同相位
當帶有抖動的數(shù)據(jù)信號與帶有抖動的時鐘信號出現(xiàn)較大的相位偏差時，系統(tǒng)即有可能出現(xiàn)建立時間、保持時間不夠，出現(xiàn)誤碼等情況；這個偏差叫做串行數(shù)據(jù)的時間間隔誤差（TIE，time interval error）。每一個時鐘邊沿和數(shù)據(jù)邊沿都會有一個時間間隔誤差，那么我們需要關(guān)注哪一個邊沿的TIE呢？還是關(guān)注一段時間內(nèi)（一定的波形數(shù)量）所有波形邊沿的TIE的累積效果呢？需要多少波形數(shù)據(jù)統(tǒng)計運算得到的TIE才符合要求呢？搞清楚這幾個問題需要了解下串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中經(jīng)常用到的另外一個概念：誤碼率（BER，bit error rate）
三、串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中誤碼率的概念
由于串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要在一給定的時間內(nèi)發(fā)送或者傳輸許多位的數(shù)據(jù)，因此衡量系統(tǒng)的整體性能通常由在一段時間內(nèi)或者一定數(shù)量的數(shù)據(jù)進行衡量，即發(fā)送端發(fā)送一定量的數(shù)據(jù)，在接收端接收到的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)錯誤位的比率，也叫做誤碼率。大部分的串行數(shù)據(jù)標準要求，發(fā)送端發(fā)送10e+12個誤碼，在接收端出現(xiàn)誤碼的比率不能多于一個，也就是誤碼率為10e-12，相對應(yīng)的要求在此誤碼率下抖動不能超過一定的值。而示波器累積10e+12個誤碼，可能需要數(shù)天的時間，因此示波器在分析誤碼率抖動時通常需要用到統(tǒng)計分析、外推等抖動算法。
圖9 1000M以太網(wǎng)標準對抖動的要求
四、抖動的來源
產(chǎn)生抖動的原因有多種，從元器件來看分為intrinsic抖動與nonintrinsic抖動兩種，前者是與電子器件和半導(dǎo)體器件的電子和空穴特性有關(guān)，后者與電路的設(shè)計有關(guān)，可以通過優(yōu)化設(shè)計來改善。前者產(chǎn)生的抖動稱為隨機抖動（Random Jitter，簡稱Rj），后者產(chǎn)生的抖動稱為固有抖動（Deterministic jitter）。隨機抖動的來源為熱噪聲、Shot Noise和Flick Noise。固定抖動的來源為：開關(guān)電源噪聲、反射、串擾、電磁干擾等等。在后續(xù)專門介紹隨機抖動和固有抖動的文章中將詳細介紹。
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